CN112362335A - 一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统及方法，包括抗震支吊架、微型加速度传感器、信号传输器、保护盒、监控终端，抗震支吊架固定在建筑结构上；微型加速度传感器固定在抗震支吊架的抗震支撑上，用以测量加速度时程数据；信号传输器内置于微型加速度传感器内，用于发射远程无线信号至云端存贮；保护盒为全封闭盒罩，覆盖于微型加速度传感器和信号传输器外，用于封闭和保护微型加速度传感器和信号传输器；监控终端用于接收远程无线信号并显示和处理加速度数据。本发明监测系统，简洁高效，体积小，防护性能好，可实时远程在线监测，操作便捷，能做到多平台互通，实现结构状态的快速评估与分级预警事件实时推送。

Description

一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统及 方法

技术领域

本发明涉及土木工程和机电工程技术领域，特别涉及一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统及方法。

背景技术

建筑机电管线设施属于非结构构件，在地震作用下，机电管系设备系统的破坏不仅会对人的生命财产安全造成直接的伤害和威胁，同时还会影响震后抢险及修复工作，因此，增强机电管道设备的抗震性能具有重要意义。抗震支吊架是一种用于固定机电管道设备并有抗震减震功能的系统，能显著降低机电管道设备在地震作用下的动力响应，保证建筑机电管线特别是生命线的正常运营，目前我国已经开始在工业与民用建筑建设中强制要求安装使用，应用范围广，使用数量大。机电管线及其抗震支吊架系统安装在建筑物楼层天花板上，布点多且布置繁杂。因此，在建筑物运营期间对抗震支吊架系统工作状态和预设抗震功能的检测复查是一个大问题。

国内有关专利“抗震支吊架及其抗震性能在线监测方法(申请号：201810924931.9，公开(公告)号：CN109357084B)”提供了一种建筑抗震支吊架及其抗震性能的监测方法，收集建筑抗震支吊架的各构件应力参数，通过将原始数据与实时测量数据进行拟合计算分析出抗震性能，判断建筑抗震支吊架是否需要进行维修或替换。此项专利监测的数据仅限于应力参数，无法全面反映抗震支吊架的动力响应特性。

国内有关专利“一种用于管线抗震的复合支架系统及其管线监控系统(申请号202010002615.3，公开号CN111158042A)”，通过采集处理抗震支吊架的二维特征曲线与标准数据库进行对比，得到具体缺陷类型，用以检测抗震支吊架安装是否合格。此系统主要用于安装施工质量的现场检测，且须配置数据采集分析仪器与传感器进行通信连接。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统及方法，基于物联网通讯架构，以PC端和移动端做为监控设备，通过4G、5G、Zigbee、NB-IOT或WiFi实现监测数据的实时接收，可以远程在线获知抗震支吊架的加速度时程以及动力参数响应变化趋势，及时了解抗震支吊架系统各关键位置处的结构特性及健康状态，做到分级预警、预报，帮助管理者准确确定报警位置并采取应对措施。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，包括抗震支吊架、微型加速度传感器、信号传输器、保护盒和监控终端，其中：

所述抗震支吊架由抗震支撑和桥架组成，其一端固定连接在机电管线桥架上，一端固定在建筑结构上；

所述微型加速度传感器固定在所述抗震支吊架的抗震支撑上，用以测量加速度时程数据；

所述信号传输器内置于所述微型加速度传感器内，用于发射远程无线信号至云端存贮；

所述保护盒为全封闭盒罩，覆盖于所述微型加速度传感器和信号传输器外，用于封闭和保护所述微型加速度传感器和信号传输器；

所述监控终端，用于接收远程无线信号并显示和处理加速度数据。

进一步的，还包括管理者手机和消防应急广播系统，用于通过所述监控终端设定安全、异常或危急的分级警戒红线并在出现异常情况时通过所述监控终端发出报警音讯信号或将报警信息以手机短信或微信的形式将所在位置和健康状态实时发送至所述管理者手机，同时接入所述消防应急广播系统发出预警以便全方位及时采取检修应对措施。

进一步的，还包括内嵌于所述管理者手机内的后台APP系统，用于对上传至所述监控终端的实测数据进行实时数据基础操作和深度指标分析进而通过邮件、微信、短信方式依定制要求实时推送分析成果并发布实时预警信息。

进一步的，所述微型加速度传感器集成了拾振器模组、数采仪模组和无线通讯模组，用于实现加速度信号的采集、监测、传输一体化集成功能进而实现实测数据向所述监控终端的实时传输存储。无需外部另配数采设备和数据存储设备，不需要数据连接线等设备。分布式无线组网模式，实现了信号传输距离的不受限，测点数量可任意增减、台网模式组成多样。

进一步的，所述保护盒为中空结构，覆盖在所述微型加速度传感器的外围并作封闭处理。

进一步的，所述保护盒通过结构胶或螺栓紧固连接在抗震支吊架的抗震支撑表面上。

进一步的，所述保护盒为方形或圆形的透明、半透明或不透明盒罩。

进一步的，所述信号传输器通过4G、5G、Zigbee、NB-IOT或WiFi连接所述监控终端。

进一步的，所述监控终端采用台式机、平板电脑或智能手机。

本发明另外公开了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的方法，利用上述实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统进行监测，包括以下步骤：

步骤1：在地脉动、有外部异常振动或地震冲击波等均可引发所述微型加速度传感器工作；

步骤2：所述微型加速度传感器在运动时产生相关的数据并传递给所述信号传输器，所述信号传输器再将加速度数据传输到云端以及监控终端；

步骤3：数据将在所述监控终端处理，显示抗震支吊架在振动过程中的加速度时程，进行傅里叶变换得到频域结果，根据管线多点加速度时程数据，计算出管线系统的自振频率，通过加速度时程和管线系统自振频率的变化情况，监控终端将进行实时判断，发出机电管线抗震支吊架系统工作状态的安全、异常或危急的分级判断指令。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明提供了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，传感器结构简单，实现远程在线实时监测，操作方便高效，专业性强，定制化高。

2、本发明中的微型加速度传感器对被测抗震支吊架结构无损伤，不改变结构的自身刚度等参数；本发明测量指标简洁明确，能够精确在线监测抗震支吊架的加速度数据，无需附设数据采集设备，传感器体积小，不改变抗震支吊架的动力特性。

3、本发明基于物联网通讯架构，以PC端和移动端作为监控设备，通过4G、5G、Zigbee、NB-IOT或WiFi实现监测数据的实时接收，监控平台简洁高效、多平台互通，实现结构状态(安全、异常、危急)的快速评估与预警事件实时推送。

4、本发明中的监控终端具有简洁高效的多平台互通管理系统，实时显示加速度时程，通过管线系统自振频率的变化趋势，设定安全、异常或危急的分级警戒红线，出现异常将在监控电脑终端发出报警音讯信号或将报警信息以手机短信或微信的形式将所在位置和健康状态实时发送至管理者手机，同时接入消防应急广播系统发出预警，实现全方位及时做出检修应对措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统的局部结构平面示意图；

图2是本发明一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统的整体结构示意图。

【主要符号说明】

1-抗震支吊架；

2-微型加速度传感器；

3-信号传输器；

4-保护盒；

5-监控终端。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明适用于不同类型的机电管线及其抗震支吊架，管理者通过监控终端远程动态监测管线系统的加速度动力响应，对时程数据进行傅里叶变换，显示自振频率特征参数的变化趋势，设定分级警戒红线做出安全与否的健康评价，帮助管理者在日常以及在地震发生第一时间实时了解突发不明振动或地震冲击波的强弱，获知并判断机电管线抗震支吊架系统在震前、震中和震后的工作状态和抗震性能状况，出现异常时将在监控电脑终端以报警音讯信号、手机短信息、微信等形式实时推送至管理方，同时接入消防应急广播系统发出预警，及时采取检修应对措施，最大限度地减少地震灾害带来的人员和财产损失。

实施例一

如图1和2所示，本实施例公开了本发明公开了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，包括抗震支吊架1、微型加速度传感器2、信号传输器3、保护盒4和监控终端5，其中：

所述抗震支吊架1由抗震支撑和桥架组成，其一端固定连接在机电管线桥架上，一端固定在建筑结构上；

所述微型加速度传感器2固定在所述抗震支吊架1的抗震支撑上，用以测量加速度时程数据；本实施例提供的微型加速度传感器2，感知-采集-传输一体，无需另配数据采集仪器以及存储设备，结构简单，体积小，远程在线监测，操作方便，对被测结构体无损伤，便于远程无线监测和操作，具有数据驱动的挖掘算法与应用系统以及简洁高效的多平台互通管理系统，并且可以适用于不同类型的抗震支吊架1，通过监测可以精确地测量出抗震支吊架1振动时的加速度数据，换算出抗震支吊架系统的自振频率变化趋势。

所述信号传输器3内置于所述微型加速度传感器2内，用于发射远程无线信号实时传输加速度数据至云端存贮；

所述保护盒4为全封闭盒罩，覆盖于所述微型加速度传感器2和信号传输器3外，用于封闭和保护所述微型加速度传感器2和信号传输器3，以保护其不受潮或受到外力损坏。本实施例中，所述保护盒4底面固定在抗震支吊架1的抗震支撑表面，但与其他部件保持适当间隙保证传感器在工作过程中不与结构发生触碰。为了监测加速度数据变化的准确性，要求所述保护盒4的高度和体积应尽量小。

所述监控终端5，用于接收远程无线信号并显示和处理加速度数据。具体的，可以接收无线传输信号，展示抗震支吊架1在振动过程的加速度时程和傅里叶变换后的频域结果，根据管线多点加速度时程数据，计算出管线的自振频率并进行实时判断，发出机电管线抗震支吊架系统工作状态的安全、异常或危急的分级判断指令。

此外，所述监测系统还包括管理者手机和消防应急广播系统，用于通过所述监控终端5设定安全、异常或危急的分级警戒红线并在出现异常情况时通过所述监控终端5发出报警音讯信号或将报警信息以手机短信或微信的形式将所在位置和健康状态实时发送至所述管理者手机，同时接入所述消防应急广播系统发出预警以便全方位及时采取检修应对措施。

进一步的，所述监测系统还包括内嵌于所述管理者手机内的后台APP系统，用于对上传至所述监控终端5的实测数据进行实时数据基础操作和深度指标分析进而通过邮件、微信、短信方式依定制要求实时推送分析成果并发布实时预警信息。

本实施例中，所述微型加速度传感器2集成了拾振器模组、数采仪模组和无线通讯模组，用于实现加速度信号的采集、监测、传输一体化集成功能进而实现实测数据向所述监控终端5的实时传输存储。

进一步的，所述保护盒4为中空结构，覆盖在所述微型加速度传感器2的外围并作封闭处理，起到容纳微型加速度传感器2并隔绝外界的作用。优选的，所述保护盒4为方形或圆形的透明、半透明或不透明盒罩。

进一步的，所述信号传输器3通过4G、5G、Zigbee、NB-IOT或WiFi连接所述监控终端5。本实施例中，所述信号传输器3可以通过锂电池、交流电源等多种方式获取电源，延长继电时间。

进一步的，所述监控终端5采用台式机、平板电脑或智能手机。本实施例中，所述监控终端5简洁高效，体积小，防护性能好，可实时远程在线监测，操作便捷，能做到多平台互通，实现结构状态的快速评估与分级预警事件实时推送。

实施例二

本发明另外公开了一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的方法，利用实施例一中实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统进行监测，包括以下步骤：

步骤1：在地脉动、有外部异常振动或地震冲击波等均可引发所述微型加速度传感器2工作；

步骤2：所述微型加速度传感器2在运动时产生相关的数据并传递给所述信号传输器3，所述信号传输器3再将加速度数据传输到云端以及监控终端5；

步骤3：数据将在所述监控终端5处理，显示抗震支吊架1在振动过程中的加速度时程，进行傅里叶变换得到频域结果，根据管线多点加速度时程数据，计算出管线系统的自振频率，通过加速度时程和管线系统自振频率的变化情况，监控终端5将进行实时判断，发出机电管线抗震支吊架系统工作状态的安全、异常或危急的分级判断指令。

具体的，在步骤3中，监控终端5远程监控抗震支吊架1的工作状态，与正常工作状态下的加速度数据处理对比，设定安全、异常或危急的分级警戒红线，出现异常将在监控终端5发出报警音讯信号或将报警信息以手机短信或微信的形式将所在位置和健康状态实时发送至管理者手机，并接入消防应急广播系统发出预警，以便全方位及时采取检修应对措施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，包括抗震支吊架(1)、微型加速度传感器(2)、信号传输器(3)、保护盒(4)和监控终端(5)，其中：

所述抗震支吊架(1)由抗震支撑和桥架组成，其一端固定连接在机电管线桥架上，一端固定在建筑结构上；

所述微型加速度传感器(2)固定在所述抗震支吊架(1)的抗震支撑上，用以测量加速度时程数据；

所述信号传输器(3)内置于所述微型加速度传感器(2)内，用于发射远程无线信号至云端存贮；

所述保护盒(4)为全封闭盒罩，覆盖于所述微型加速度传感器(2)和信号传输器(3)外，用于封闭和保护所述微型加速度传感器(2)和信号传输器(3)；

所述监控终端(5)，用于接收远程无线信号并显示和处理加速度数据。

2.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，还包括管理者手机和消防应急广播系统，用于通过所述监控终端(5)设定安全、异常或危急的分级警戒红线并在出现异常情况时通过所述监控终端(5)发出报警音讯信号或将报警信息以手机短信或微信的形式将所在位置和健康状态实时发送至所述管理者手机，同时接入所述消防应急广播系统发出预警以便全方位及时采取检修应对措施。

3.根据权利要求2所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，还包括内嵌于所述管理者手机内的后台APP系统，用于对上传至所述监控终端(5)的实测数据进行实时数据基础操作和深度指标分析进而通过邮件、微信、短信方式依定制要求实时推送分析成果并发布实时预警信息。

4.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述微型加速度传感器(2)集成了拾振器模组、数采仪模组和无线通讯模组，用于实现加速度信号的采集、监测、传输一体化集成功能进而实现实测数据向所述监控终端(5)的实时传输存储。

5.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述保护盒(4)为中空结构，覆盖在所述微型加速度传感器(2)的外围并作封闭处理。

6.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述保护盒(4)通过结构胶或螺栓紧固连接在抗震支吊架(1)的抗震支撑表面上。

7.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述保护盒(4)为方形或圆形的透明、半透明或不透明盒罩。

8.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述信号传输器(3)通过4G、5G、Zigbee、NB-IOT或WiFi连接所述监控终端(5)。

9.根据权利要求1所述的一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统，其特征在于，所述监控终端(5)采用台式机、平板电脑或智能手机。

10.一种实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的方法，其特征在于，利用权利要求1-9中任一项所述的实时在线监测机电管线抗震支吊架工作状态的系统进行监测，包括以下步骤：

步骤1：在地脉动、有外部异常振动或地震冲击波等均可引发所述微型加速度传感器(2)工作；

步骤2：所述微型加速度传感器(2)在运动时产生相关的数据并传递给所述信号传输器(3)，所述信号传输器(3)再将加速度数据传输到云端以及监控终端(5)；

步骤3：数据将在所述监控终端(5)处理，显示抗震支吊架(1)在振动过程中的加速度时程，进行傅里叶变换得到频域结果，根据管线多点加速度时程数据，计算出管线系统的自振频率，通过加速度时程和管线系统自振频率的变化情况，监控终端(5)将进行实时判断，发出机电管线抗震支吊架系统工作状态的安全、异常或危急的分级判断指令。

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